夏季热带北大西洋海温异常对西北太平洋热带气旋生成的影响

利用1979—2012年西北太平洋热带气旋最佳路径资料,Hadley中心的海温资料和NCEP/NCAR再分析资料等,研究了夏季(6—10月)热带北大西洋海温异常与西北太平洋热带气旋(Tropical Cyclone,TC)生成的关系及其可能机制。结果表明,夏季热带北大西洋海温异常与同期西北太平洋TC生成频次之间存在显著的负相关关系。热带北大西洋海温的异常增暖可产生一对东—西向分布的偶极型低层异常环流,其中气旋性异常环流位于北大西洋/东太平洋地区,反气旋异常环流位于西北太平洋地区。该反气旋环流异常使得TC主要生成区的对流活动受到抑制、低层涡度正异常、中低层相对湿度负异常、中层下沉气流异常,这些动力/热力条件均不利于TC生成。此外,西北太平洋地区低层涡旋动能负异常,同时来自大尺度环流的涡旋动能的正压转换也受到抑制,不能为TC的生成和发展提供额外能量源。反之亦然。     

热带西北太平洋与东南印度洋对流活动年际变化联系的年代际改变

采用美国NOAA卫星观测OLR (outing longwave radiation)资料以及NCEP/NCAR、CM AP月平均资料,利用合成分析等方法,研究了热带西北太平洋(125°～140°E,10°～20°N)与热带东南印度洋(90°～105°E,5°～15°S)对流活动异常的联系。结果表明:热带西北太平洋与东南印度洋对流活动异常的联系有显著的年代际变化; 20世纪80—90年代存在显著的正相关,20世纪90年代至21世纪初有显著的负相关,其后转变为正相关。合成分析表明,热带西北太平洋与东南印度洋对流活动正相关时,两地区均存在反气旋性环流,低层辐散、高层辐合,对流活动弱,不利于降水产生,有降水负异常;当热带西北太平洋与东南印度洋对流活动负相关时,两地区环流异常存在明显差别,热带东南印度洋有正的海温异常,高层辐散、低层辐合,有上升运动,对流活动强,有降水正异常,而热带西北太平洋则相反。热带西北太平洋和热带东南印度洋之间的斜向垂直环流圈将这两个地区联系起来,并决定了这两个地区对流活动负相关关系的形成。     

春季热带大西洋北部海温异常与我国盛夏降水异常的联系

利用Hadley中心的海表温度资料、全国160站降水资料以及NCEP-DOE AMIP-Ⅱ再分析等资料,运用多种统计分析方法,分析了春季（3—5月）热带大西洋北部海温异常变化特征及其对我国盛夏（7、8月）降水异常的影响。结果表明:春季热带大西洋北部模态是热带大西洋海温异常REOF分解的第一模态,方差贡献率为34.5%。热带大西洋北部海温异常年际变率具有明显的季节差异,其中春季最为显著。春季热带大西洋北部海温异常与我国盛夏华中地区降水异常有显著的正相关关系。进一步分析表明,春季热带大西洋北部的海温正异常可以激发出Rossby波,在热带大西洋西北部和热带东太平洋北部产生异常的气旋式环流,引起上述区域的对流层低层（上层）大气出现异常辐合（辐散）,并通过热带大西洋北部地区和太平洋之间的垂直环流异常,在中太平洋地区对流层低层大气出现异常辐散,有利于西北太平洋地区产生异常反气旋式环流,异常反气旋西北侧的西南气流有利于水汽输送至我国华中地区,使该地区降水偏多。且这种影响可以通过热带大西洋北部海温异常的持续性,从春季一直持续到盛夏。      

2010年和1998年西北太平洋热带气旋频数异常与东亚夏季风系统的关联性分析

利用西北太平洋编号台风资料、NCEP/NCAR再分析资料和NOAA向外长波辐射(outgoing longwave radiation,OLR)资料等,选取西北太平洋热带气旋频数异常偏少的2010年和1998年,诊断分析ENSO事件及其东亚夏季风环流异常与热带气旋频数异常的关系,给出东亚夏季风系统部分成员影响热带气旋频数的天气学图像:由春入夏,赤道东太平洋海温异常偏暖,赤道哈得来环流偏强,沃克环流偏弱;西太平洋副热带高压异常强大,位置偏西;季风槽位置偏南,东西向不发展;南海、西太平洋越赤道气流偏弱;异常热源和水汽汇偏南,南海和菲律宾以东地区对流活动受到抑制,热带对流活跃区位于赤道以南;热带气旋生成个数明显偏少,位置偏西。     

An enhanced influence of sea surface temperature in the tropical northern Atlantic on the following winter ENSO since the early 1980s

已有研究指出春季热带北大西洋海温对随后冬季ENSO事件的发生存在显著的影响。该研究发现它们的联系在20世纪80年代初以后显著增强。20世纪80年代初以后,春季热带北大西洋海温为正异常时,副热带东北太平洋存在显著的异常气旋环流,同时异常沃克环流在热带中东太平洋引起显著的异常下沉运动。异常气旋环流西侧的东北风异常增强气候态的风速,导致负海温异常。负海温异常通过Gill型大气响应使得热带西北太平洋产生异常的反气旋环流。同时,热带中东太平洋的沃克环流异常下沉运动也对热带西北太平洋异常反气旋环流的形成起到一定作用。热带西北太平洋反气旋环流南侧的东风异常通过海洋动力过程对随后冬季ENSO产生影响。因此,春季热带北大西洋海温对冬季ENSO存在显著的影响。然而,20世纪80年代以前,春季热带北大西洋海温相关的热带东北太平洋异常气旋环流和热带地区的异常沃克环流不显著,从而不能在热带西北太平洋产生异常反气旋。所以,20世纪80年代以前,春季热带北大西洋海温对冬季ENSO的影响不显著。进一步的分析指出,春季热带北大西洋海温对ENSO影响的年代际变化可能与热带北大西洋降水气候态的年代际变化有关。     

热带北大西洋海温异常对南海夏季风的影响及其机理

利用HadiSST资料、CMAP降水资料和NCEP/NCAR再分析资料,分析了热带北大西洋(Northern Tropical Atlantic,NTA)海表温度异常(Sea Surface Temperature Anomaly,SSTA)与南海夏季风(South China Sea Summer Monsoon,SCSSM)的联系及可能机制。观测分析表明,夏季NTA海温异常与SCSSM存在显著的负相关关系;NTA海温正异常时,北半球副热带东太平洋至大西洋区域存在气旋式环流异常,有利于热带大西洋(热带中太平洋)地区产生异常上升(下沉)运动,使得西北太平洋地区出现反气旋环流异常,该反气旋环流异常西侧的南风异常使得SCSSM增强。利用春季NTA指数、东南印度洋海温异常指数、北太平洋海温异常指数、南太平洋经向模(South Pacific Ocean Meridional Dipole,SPOMD)及Niňo3.4指数构建了SCSSM季节预测模型,预测模型后报与观测的SCSSM指数的相关系数为0.81,表明该模型可较好预测SCSSM。     

南方涛动和热带海温与西北地区东部汛期降水关系分析

利用1951-2006年岷县、天水、汉中和西安4站（7—9月）降水量资料、南方涛动指数（Iso）和北太平洋海温资料,分析了南方涛动和热带海温与西北地区东部汛期降水的关系。发现Iso和NIN04区海温与西北地区东部汛期降水关系密切;5—6月南方涛动强弱变化及热带海温距平分布对西北地区东部汛期降水具有很好的预测指示意义;Iso与热带不同海区的海温相关程度不同,并表现出明显的季节变化;5—6月NIN03区和NIN04区海温的异常变化对7—9月南方涛动强弱变化有很好的预测指示性。     

大气环流对北大西洋湾流区海温“再现”的响应

利用全球海洋—大气快速耦合模式（Fast Ocean-Atmosphere Model,FOAM）,采用模式中的初值方法,研究了湾流区海温再现过程及其对北半球大气环流和气候的影响。FOAM模式很好地模拟了北大西洋湾流区的海温＂再现＂过程,模式中海面热通量异常与SST异常表现出不同步的响应特征。海面热通量异常在初冬季节达到最大值,而SST异常滞后,在冬季晚期达到最大值,从而在初冬和晚冬对北半球大气环流造成不同的影响。初冬季节北半球大气环流主要受海洋热通量异常的强迫,在北大西洋和北太平洋上空呈现相当正压的异常低压槽响应,北极地区为异常高压脊,类似北极涛动的负位相,可能造成欧洲南部和北非大陆气温偏高,亚洲大陆气温偏低。而晚冬季节北半球大气环流主要受SST异常的驱动,在北大西洋和北太平洋上空表现为相当正压的异常高压脊响应,北极地区为异常低压槽,类似北极涛动的正位相,可能造成欧洲南部和北非大陆气温偏低,亚洲大陆气温偏高,中国东部降水异常偏多30%左右。北太平洋大气环流的异常由北大西洋湾流区海洋热通量和SST异常强迫下游大气环流所激发,进一步通过Rossby驻波的能量频散东传至北太平洋而造成的。     

南极海冰涛动对北半球夏季大气环流的影响

南极海冰首要模态呈现偶极子型异常,正负异常中心分别位于别林斯高晋海/阿蒙森海和威德尔海。过去研究表明冬春季节南极海冰涛动异常对后期南极涛动（Antarctic Oscillation,AAO）型大气环流有显著影响,而AAO可以通过经向遥相关等机制影响北半球大气环流和东亚气候。本文中我们利用观测分析发现南极海冰涛动从5～7月（May–July,MJJ）到8～10月（August–October, ASO）有很好的持续性,并进一步分析其对北半球夏季大气环流的可能影响及其物理过程。结果表明,MJJ南极海冰涛动首先通过冰气相互作用在南半球激发持续性的AAO型大气环流异常,使得南半球中纬度和极地及热带之间的气压梯度加大,在MJJ至JAS,纬向平均纬向风呈现显著的正负相间的从南极到北极的经向遥相关型分布。对流层中层位势高度场上,在澳大利亚北部到海洋性大陆区域,出现显著的负异常,在东亚沿岸从低纬到高纬呈现南北走向的“? + ?”太平洋—日本（Pacific–Japan,PJ）遥相关波列,其对应赤道中部太平洋及赤道印度洋存在显著的降水和海温负异常,西北太平洋至我国东部沿海地区存在显著降水正异常和温度负异常;低纬度北美洲到大西洋一带存在的负位势高度异常和北大西洋附近存在的正位势高度异常中心,构成一个类似于西大西洋型遥相关（Western Atlantic,WA）的结构,对应赤道南大西洋降水增加和南撒哈拉地区降水减少。从物理过程来看,南极海冰涛动首先通过局地效应影响Ferrel环流,进而通过经圈环流调整使得海洋性大陆区域和热带大西洋上方的Hadley环流上升支得到增强,海洋性大陆区域特别是菲律宾附近的热带对流活动偏强,激发类似于负位相的PJ波列,影响东亚北太平洋地区的大气环流,而热带大西洋对流增强和北传特征,则通过激发WA遥相关影响大西洋和欧洲地区的大气环流。以上两种通道将持续性MJJ至ASO南极海冰涛动强迫的大气环流信号从南半球中高纬度经热带地区传递到北半球中高纬地区,从而对热带和北半球夏季大气环流产生显著影响。     

太平洋经向模态对西北太平洋热带气旋影响的数值模拟研究

在分析研究太平洋海气耦合经向模（Pacific Meridional Mode——PMM）和西北太平洋生成热带气旋频数变化关系的基础上,利用NCAR的大气环流模式CAM3模拟研究了太平洋海气耦合经向模态对西北太平洋生成热带气旋的影响。结果表明,海气耦合的经向模态通过影响热带气旋生成的大尺度环境从而影响热带气旋的频数和强度。在模式中当增加了PMM的海温强迫后,纬向风切变变小,对流层中低层相对湿度变大,热带西太平洋对流层低层出现西风异常,在西北太平洋地区形成一个异常的气旋性环流,并且匹配有较大的正涡度异常;对流层高层出现赤道东风异常和一个与低层气旋性环流相匹配的反气旋性环流,有利于对流活动的发展,从而有利于热带气旋的生成和发展。在增加了PMM的海温强迫的试验中,热带气旋中心的海平面最低气压降低,850 hPa中心附近最大切向风速增加,气旋中高层的暖心强度增强。热带气旋强度总体增加。数值模拟结果与资料分析相互映证,揭示了太平洋经向模态对西北太平洋热带气旋有重要影响。     

Winter AO/NAO modifies summer ocean heat content and monsoonal circulation over the western Indian Ocean

This paper analyzes the possible influence of boreal winter Arctic Oscillation/North Atlantic Oscillation (AO/ NAO) on the Indian Ocean upper ocean heat content in summer as well as the summer monsoonal circulation. The strong interannual co-variation between winter 1000-hPa geopotential height in the Northern Hemisphere and summer ocean heat content in the uppermost 120 m over the tropical Indian Ocean was investigated by a singular decomposition analysis for the period 1979–2014. The second paired-modes explain 23.8% of the squared covariance, and reveal an AO/NAO pattern over the North Atlantic and a warming upper ocean in the western tropical Indian Ocean. The positive upper ocean heat content enhances evaporation and convection, and results in an anomalous meridional circulation with ascending motion over 5°S–5°N and descending over 15°–25°N. Correspondingly, in the lower troposphere, significantly anomalous northerly winds appear over the western Indian Ocean north of the equator, implying a weaker summer monsoon circulation. The off-equator oceanic Rossby wave plays a key role in linking the AO/NAO and the summer heat content anomalies. In boreal winter, a positive AO/NAO triggers a down-welling Rossby wave in the central tropical Indian Ocean through the atmospheric teleconnection. As the Rossby wave arrives in the western Indian Ocean in summer, it results in anomalous upper ocean heating near the equator mainly through the meridional advection. The AO/NAO-forced Rossby wave and the resultant upper ocean warming are well reproduced by an ocean circulation model. The winter AO/NAO could be a potential season-lead driver of the summer atmospheric circulation over the northwestern Indian Ocean.     

Anomalies in the tropics associated with the heavy rainfall in east asia during the summer of 1998

1.IntroductionInthesummerof1998,theYangtzeRiverbasin,includingNenjiangRiverValleyinNortheastChinasufferedaseverelarge--scalefloodonlynexttothatinthesummerof1954inthiscentury.Thefloodcausedapproximatelythedeathof3000individualsandthedirecteconomicdamageof250billionRMByuans(Yan,1998).Thisextremedisasterpromptedaseriesofimmediatestudiesonit(e.g.,Iluangetal.,1998;Taoetal.,1998).TheevolutionoftheEastAsiansupsmermonsoonshowsagreatvariabilityfromyeartoOThisstudywassupportedbytheNationalNatura…     

冬季北大西洋涛动对热带印度洋海表热通量的影响

利用1979—2017年TropFlux海气热通量资料、ERA5再分析资料及HadISST资料,分析了冬季北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation,NAO）与同期热带印度洋海气热通量的关系。结果表明,NAO指数与热带印度洋海气净热通量整体上呈负相关,意味着NAO为正位相时,海洋向大气输送热量,其显著区域主要位于热带西印度洋（50°～70°E,10°S～10°N）。净热通量的变化主要依赖于潜热通量和短波辐射的变化;潜热通量和短波辐射在NAO正（负）位相事件期间的贡献率分别为72.96％和61.48％（71.72％和57.06％）。NAO可通过Rossby波列影响印度洋地区局地大气环流,进而影响海气热通量;当NAO为正位相时,波列沿中低纬路径传播至印度洋地区,在阿拉伯海北部对流层高层触发异常反气旋环流。该异常反气旋性环流加强了阿拉伯高压,使得北印度洋偏北风及越赤道气流加强。伴随风速的加强,海面蒸发增强,同时加强的越赤道气流导致热带辐合带强度偏强,深对流加强引起对流层水汽和云量增多,进而引起海表下行短波辐射减少。     

Interannual linkage between Arctic/North Atlantic Oscillation and tropical Indian Ocean precipitation during boreal winter

In the study authors analyzed the interannual relationship between the Arctic Oscillation (AO)/North Atlantic Oscillation (NAO) and the tropical Indian Ocean (TIO) precipitation in boreal winter for the period 1979–2009. A significant simultaneous teleconnection between them is found. After removing the El Niño/Southern Oscillation and Indian Ocean dipole signals, the AO/NAO and the TIO precipitation (0°–10°S, 60°–80°E) yield a correlation of +0.56, which is also consistent with the AO/NAO-outgoing longwave radiation correlation of ?0.61. The atmospheric and oceanic features in association with the AO/NAO-precipitation links are investigated. During positive AO/NAO winter, the Rossby wave guided by westerlies tends to trigger persistent positive geopotential heights in upper troposphere over about 20°–30°N and 55°–70°E, which is accompanied by a stronger Middle East jet stream. Meanwhile, there are anomalous downward air motions, strengthening the air pressure in mid-lower troposphere. The enhanced Arabian High brings anomalous northern winds over the northern Indian Ocean. As a result the anomalous crossing-equator air-flow enhances the intertropical convergence zone (ITCZ). On the other hand, the anomalous Ekman transport convergence by the wind stress curl over the central TIO deepens the thermocline. Both the enhanced ITCZ and the anomalous upper ocean heat content favor in situ precipitation in the central TIO. The AO/NAO-TIO precipitation co-variations in the IPCC AR4 historical climate simulation (1850–1999) of Bergen Climate Model version 2 were investigated. The Indian Ocean precipitation anomalies (particularly the convective precipitation along the ITCZ), in conjunction with the corresponding surface winds and 200 hPa anticyclonic atmospheric circulation and upper ocean heat contents were well reproduced in simulation. The similarity between the observation and simulation support the physical robustness of the AO/NAO-TIO precipitation links.     

Seasonal predictability of ENSO teleconnections: the role of the remote ocean response

In this modelling study, the teleconnections of ENSO are studied using an atmospheric general circulation model (AGCM), HadAM3. The influence of sea surface temperature anomalies (SSTAs) remote from the tropical Pacific but teleconnected with ENSO is investigated. Composite cycles of El Niño and La Niña SSTs are created and imposed on HadAM3. These SSTs are imposed in different areas, with climatological SSTs elsewhere, in order to find the influences of SSTs in different regions. It is found that most of the reproducible response to ENSO is forced directly from the tropical Pacific before the peak of the event. However, during the peak and decay of ENSO, remote SSTs become increasingly influential throughout the tropics (at the 98% significance level). This could lead to extended ENSO-related predictability due to the memory of the remote oceans. The Indian Ocean and Maritime Continent SSTs are found to be particularly influential. Indian Ocean SSTAs dampen the teleconnections from the tropical Pacific and force the atmosphere above the tropical Atlantic. More generally, when a tropical SSTA is imposed, atmospheric anomalies are forced locally with anomalies of the opposite sign to the west. Some of the reproducible response to ENSO in the tropical Atlantic is forced, not directly from the tropical Pacific but from the Indian ocean, which in turn is forced by the tropical Pacific. Subsequently, delayed SSTAs in the tropical Atlantic damp the local response and force the atmosphere above the tropical Pacific in the opposite manner.     

西太平洋暖池对流三类显著月际变化及其成因

基于1979～2018年观测的向外长波辐射（outgoing longwave radiation, OLR）资料和其他多种再分析资料,发现西太平洋暖池对流存在3类显著的月际变化。第一类为OLR在6月和8月为负异常而7月为正异常;第二类与第一类完全相反;第三类为OLR在6～7月为正异常,8月为负异常。3类月际变化与ENSO循环的背景有关,前两类发生在较弱的La Ni?a年和El Ni?o发展年,与春季暖池海温异常有关。当前一个月海温偏高时,后一个月对流偏强,造成局地海温降低,偏低的海温又反过来抑制了后一个月的对流发展,因此暖池地区局地海气相互作用在这两类月际变化中起到关键作用。与前两类不同的是,第三类月际变化发生在El Ni?o衰减年,与春季热带印度洋海温偏高有关。热带印度洋海温偏高造成印度附近对流在6～7月间增强,通过东传Kelvin波抑制了暖池对流发展。同时,印度附近对流偏强造成8月印度洋海温降低和对流减弱,对暖池对流的影响因而减弱。另一方面,6～7月暖池对流偏弱造成8月暖池海温升高,结果造成暖池对流增强。因此,第三类月际变化受到热带印度洋强迫以及暖池地区局地海气相互作用的共同影响。     

山东夏季降水异常的前兆信号特征

利用山东省内1960～2003年40个观测站的夏季降水资料和NCEP/NCAP再分析资料,分析了山东夏季降水空间分布、时间尺度的演变特征以及山东夏季降水异常时大气环流、热带对流活动的异常特征,结果表明:山东夏季降水总体呈现由鲁南向鲁北递减的趋热,空间分布具有一致性.涝年的前期冬季极涡向东扩展,东亚大槽和东亚冬季风较常年偏强;旱年前期冬季极涡偏向西半球,东亚大槽和东亚冬季风较常年偏弱.涝年热带印度洋、南海至西太平洋地区对流增强,热带东太平洋地区对流减弱,西太平洋副热带高压位置偏北;旱年则相反.涝年前期冬季由于冬季风较强及低纬度地区冷涌活跃,加强了低纬地区的对流活动,增强了Hadely环流,加强了能量及水汽向中、高纬度地区的输运,从而引起山东降水增多.     

山东夏季降水异常的前兆信号特征

利用山东省内1960-2003年40个观测站的夏季降水资料和NCEP/NCAP再分析资料,分析了山东夏季降水空间分布、时间尺度的演变特征以及山东夏季降水异常时大气环流、热带对流活动的异常特征,结果表明:山东夏季降水总体呈现由鲁南向鲁北递减的趋热,空间分布具有一致性。涝年的前期冬季极涡向东扩展,东亚大槽和东亚冬季风较常年偏强;旱年前期冬季极涡偏向西半球,东亚大槽和东亚冬季风较常年偏弱。涝年热带印度洋、南海至西太平洋地区对流增强,热带东太平洋地区对流减弱,西太平洋副热带高压位置偏北;旱年则相反。涝年前期冬季由于冬季风较强及低纬度地区冷涌活跃,加强了低纬地区的对流活动,增强了Hadely环流,加强了能量及水汽向中、高纬度地区的输运,从而引起山东降水增多。     

An analysis on the physical process of the influence of AO on ENSO

The influence of the spring AO on ENSO has been demonstrated in several recent studies. This analysis further explores the physical process of the influence of AO on ENSO using the NCEP/NCAR reanalysis data over the period 1958–2010. We focus on the formation of the westerly wind burst in the tropical western Pacific, and examine the evolution and formation of the atmospheric circulation, atmospheric heating, and SST anomalies in association with the spring AO variability. The spring AO variability is found to be independent from the East Asian winter monsoon activity. The spring AO associated circulation anomalies are supported by the interaction between synoptic-scale eddies and the mean-flow and its associated vorticity transportation. Surface wind changes may affect surface heat fluxes and the oceanic heat transport, resulting in the SST change. The AO associated warming in the equatorial SSTs results primarily from the ocean heat transport in the face of net surface heat flux damping. The tropical SST warming is accompanied by anomalous atmospheric heating in the subtropical north and south Pacific, which sustains the anomalous westerly wind in the equatorial western Pacific through a Gill-like atmospheric response from spring to summer. The anomalous westerly excites an eastward propagating and downwelling equatorial Kelvin wave, leading to SST warming in the tropical central-eastern Pacific in summer-fall. The tropical SST, atmospheric heating, and atmospheric circulation anomalies sustain and develop through the Bjerknes feedback mechanism, which eventually result in an El Niño-like warming in the tropical eastern Pacific in winter.